Sonntag, 27. September 2009

Wahlaufruf

Liebe Leserinnen und Leser des Prellblog,

es ist noch fast drei Stunden lang Bundestagswahl. Auch wenn, wie anlässlich der Europawahl genannt, die wirklich wichtigen ordnungspolitischen Entscheidungen, die die Eisenbahn betreffen, mittlerweile in Straßburg, Luxemburg und Brüssel fallen - die Bundespolitik entscheidet maßgeblich darüber, wie viel Geld der Eisenbahn überhaupt für Infrastruktur zukommt und wie mit der Privatisierung der Deutschen Bahn weiter verfahren wird. Wenn euch das also interessiert, geht wählen!
Eine Wahlempfehlung kann ich nicht abgeben. Ich muss aber feststellen, dass die einzige öffentlich stark präsente Partei, die ohne eine verkehrspolitische Position in ihrem Wahlprogramm antritt, die Piratenpartei ist.

Mittwoch, 23. September 2009

Für die Akten

Ich bin gestern umgezogen (siehe auch das neue Impressum) und werde erst wieder dazu kommen, ein Prellblog zu schreiben oder gar mich dem Montagstermin wieder zu nähern, wenn eine kritische Masse von Möbeln aufgebaut ist.

Freitag, 18. September 2009

109: Von dreihundert auf null

Letzte Woche habe ich hier grob erklärt, wie Eisenbahnbremsen so funktionieren. Wie so vieles beim System Bahn sind die Bremsen der Gipfelpunkt einer zweihundert Jahre währenden Entwicklung, und ihre Geschichte ist in Blut geschrieben. Und sie ist, auch wenn das mit dem Blut doch seit der (wahrlich geschichtsträchtigen) Einführung der durchgehenden Druckluftbremse stark nachgelassen hat, noch lange nicht beendet. Heute daher noch ein paar Ausführungen zum Bremsen von Zügen.

Wer an einem stehenden Zug vorbeigeht, hat sicher schon einmal die meist farblich gekennzeichneten Umstellhebel am Untergestell gesehen. Man wählt damit so etwas wie »G«, »P« oder »R«. Bei Güterwagen sieht man häufig Hebel, mit denen man zwischen »leer« und »beladen« wählen kann - bei französischen Güterwagen kann man sich zwischen »MARCHE« und »VOYAGE« entscheiden, also zwischen Marsch und Reise; ich schätze, dass Marsch für Überführungsfahrt, also Leerfahrt, steht.
Diese verschiedenen Umstellmöglichkeiten haben damit zu tun, dass je nach Zug, in den ein Wagen eingereiht ist, und je nach Zuladung, die Bremsen unterschiedlich eingestellt werden müssen. Schnelle Personenzüge bremsen mit »R+160« in einem roten Karree, was sozusagen der Super Mario mit Feuerblume und Unverwundbarkeitsstern unter den Schnellzugbremsen ist. Lahmste Güterwagen bremsen mit »G«. Die Voll-/Leer-Unterscheidung soll vermeiden, dass leere Wagen zu stark bremsen oder volle Wagen zu schwach; man findet so etwas zunehmend immer weniger, weil es automatische Lastabbremsvorrichtungen gibt, die selber messen, ob der Wagen beladen ist, und die Bremsleistung anpassen. Natürlich haben moderne Wagen auch ABS, nur dass das dann Gleitschutz heißt und mit simpelsten Mitteln bereits zu Zeiten realisiert wurde, als man bei Autoherstellern noch dachte, das gäbe es nur bei Flugzeugen.
Aber wie gesagt, es gibt diese Hebel, und gerade bei langen Güterzügen aus gemischten Wagen stellt man durchaus je nach Bauart und Position des Wagens die Bremsen unterschiedlich ein. Es kann sogar vorkommen, dass die Bremsen bei einigen Wagen ganz abgeschaltet werden. Dies hat damit zu tun, dass man vermeiden möchte, dass bei Bremsungen der Zug über Gebühr zusammengestaucht oder gestreckt wird, denn die recht filigranen europäischen Kupplungen (Prellblog 8) mögen keine Streckungen, und übermäßiges Stauchen kann schon mal zur Entgleisung (Prellblog 57) führen.

Die gute alte Druckluftbremse ist ohnehin mittlerweile bis aufs Letzte ausgereizt. Der »Schnellbremsbeschleuniger« zum Beispiel, der im Prinzip aus einem Ventil in jedem Wagen besteht, das reagiert, wenn dort die Druckabfallwelle einer Schnellbremsung (wir erinnern uns: komplettes Ablassen der Luft) durchkommt, sorgt bei schnellen Personenzügen dafür, dass der Steuerimpuls zum Bremsen mit maximal möglicher Geschwindigkeit (ungefähr Schallgeschwindigkeit!) an allen Punkten ankommt. Bei der elektropneumatischen Bremse ist die Druckluftbremse parallel geschaltet zu einer elektrischen Leitung, die alle Bremsen verbindet und so ein Auslösen mit Licht- statt mit Schallgeschwindigkeit ermöglicht; dabei wird die Luftleitung allerdings nicht in sicherheitsrelevanter Hinsicht überbrückt. Die Druckluft ist letztlich die Königin. Was die Elektropneumatik aber erlaubt ist die Notbremsüberbrückung: Zieht man in einem damit ausgestatteten Zug die Notbremse, wird die Luftleitung nicht sofort entleert, sondern der Lokführer alarmiert und das Zugpersonal (das gesetzlich für solche Züge vorgeschrieben ist) losgeschickt, um sich das Problem anzuschauen. Gebremst wird der Zug erst, sobald dies ungefährlich ist. Notbremsüberbrückung ist in Deutschland auf zahlreichen Strecken mit langen Tunnels vorgeschrieben, damit brennende Züge nicht im Tunnel angehalten werden. Die Idee ist dieselbe wie die hinter den Notbremsen bei U-Bahnen, die Züge explizit immer erst im nächsten Bahnhof stoppen.

Jenseits von all den Finessen beim Ansteuern der Scheibenbremsen gibt es aber noch ganz andere Bremsen.
Bei elektrischen und dieselelektrischen Triebfahrzeugen kann man die Motoren als Generatoren schalten (»elektrische Bremse«) und damit die Bremsbeläge schonen. Besonders Triebwagen, die an vielen Achsen Motoren haben, profitieren hier. Moderne Fahrzeuge speisen den dabei zurückgewonnenen Bremsstrom zurück in die Leitung, Dieselfahrzeuge und ältere Elektrofahrzeuge verfeuern ihn in Bremswiderständen. Ältere Straßenbahnen heizen damit. Man überlegt seit Jahren an sinnvollen Speicherlösungen herum (Schwungräder, Druckluftspeicher, Kondensatoren, Akkus), um auch Fahrzeugen ohne strombedürftiger Oberleitung das regenwaldschonende Recycling von Bremsenergie zu erlauben.
Bei schnellen Fahrzeugen sind häufig, wenn auch nicht immer, Magnetschienenbremsen vorgesehen. Das sind je nach Fahrzeugbauart unterschiedlich konstruierte Vorrichtungen; bei Straßenbahnen funktionieren sie ganz anders als bei der Eisenbahn. Das Ziel ist aber dasselbe: Ein Magnetschuh mit Verschleißoberfläche wird kräftig gegen die Fahrschienen gedrückt und bremst das Fahrzeug rabiat ab. Vorteil ist dabei, dass die Abhitze praktischerweise in die Schienen geleitet wird. Magnetschienenbremsen sind für Fahrzeuge, die auf Strecken mit herkömmlicher Signalausrüstung sicher 160 km/h fahren sollen - und das sind in Deutschland mittlerweile sogar Bimmelbahnen - unverzichtbar, von schnelleren Zügen ganz zu schweigen.

Aber keine Regel ohne Ausnahme. Es gibt noch eine edlere Bremse, nämlich die Wirbelstrombremse, die auf das Andrücken und Schleifen an der Schiene verzichtet. Der Magnet wird dort knapp über der Schiene gehalten, gewaltige Ströme fließen, die Schienen erhitzen sich auf Temperaturen, bei denen man fast ein Ei braten könnte, der Zug verzögert recht deutlich, und das alles, ohne dass der Bremsschuh die Schiene überhaupt berührt. Der Nachteil ist, dass wegen der Hitzeentwicklung und der Magnetfelder hierfür die Strecken besonders »gehärtet« werden müssen und daher der ICE 3 der einzige Zug ist, der auf gewissen Strecken mit Wirbelstrom bremsen darf. Geht die Wirbelstrombremse mal nicht (was früher gar nicht so selten war), darf er nicht einmal mehr 160 km/h fahren, geschweige denn seine 300 reguläre Spitze. Auf ausländischen Strecken haben die Magnetfelder der ICE-3-Bremse übrigens schon Deckel von Weichenantrieben abgerissen und die Hitze zu Schienendeformationen geführt.

Bremsen ist also, auch wenn es heute von einem spielzeugmäßigen Hebel, an dem ein Computer (Jargon »Bremsrechner«) hängt, gesteuert wird, immer noch ein schmutziges und heißes Geschäft. Ich denke aber, man wird mir zustimmen, wenn ich ganz schön beeindruckt bin davon, wie selbstverständlich diese in vielen Teilen mehr als 100 Jahre alte Technik täglich und rund um den Globus Züge mit teilweise mehreren tausend Tonnen Gewicht präzise verlangsamt.

Tipp für Kenner: Die schweren Güterzuglokomotiven Baureihe 152 der DB haben außenliegende, gelochte Bremsscheiben. Einfach mal drauf achten.

Bild: Doo-ho Kim (»titicat«) bei Flickr (Details und Lizenz)

Sonntag, 13. September 2009

108: Von hundert auf null

Der Kern des gesamten Sicherheitskonzepts der Eisenbahn, so wie sie heute fährt, sind definierte Bremswege. Ein Zug muss, wenn ein Signal überraschend »Halt erwarten« zeigt, bis zum zugehörigen »Halt«-Signal zum Stehen kommen können (Prellblog 58). Diese Abstände bestimmen letztlich auch in erheblichem Maße die Geschwindigkeiten, die gefahren werden dürfen. Standard in Deutschland ist dabei, dass ein Zug aus voller Fahrt mit 160 km/h binnen 1000 Metern anhalten können muss. Das klingt zunächst nicht unbedingt beeindruckend; beim Auto rechnet man bei derselben Geschwindigkeit per Faustformel mit einem Bremsweg von gut 250 Metern. Allerdings wiegt ein Auto normalerweise so um die anderthalb Tonnen; ein realistischer Regionalzug mit sechs Doppelstockwagen und einer modernen Drehstromlokomotive über den Daumen gepeilt etwa 390 Tonnen.

Güterzüge sind natürlich gerne noch viel schwerer, fahren allerdings auch höchstens mit 100 bis 120 km/h umher.
Wie verzögert man solche Massen sicher aus solchen Geschwindigkeiten, und das noch unter Berücksichtigung des Problems, dass ein Zug eine mehr oder minder temporäre Zusammenstellung einer variierenden Zahl unterschiedlicher Fahrzeuge darstellt?

Man macht es mit Druckluft. Dieses Medium hat sich im Laufe des neunzehnten Jahrhunderts nahezu universell durchgesetzt. Auf der Lokomotive sitzen Kompressoren (eisenbahndeutsch Luftpresser) und Lufttrockner, durch jedes Eisenbahnfahrzeug gehen ein oder zwei Luftleitungen durch, und über Schläuche und Schlauchkupplungen entstehen so - wiederum ein oder zwei - Druckluftstränge von vorne bis hinten.
An den Radsatzwellen (Prellblog 14) sitzen nun Bremsscheiben, die jede Autobremsscheibe wie Spielzeug aussehen lassen. (Das Bild zeigt eine außenliegende Scheibenbremse, was extrem selten ist, normalerweise sind die zwei bis drei Scheiben zwischen den Rädern montiert. Es kommen manchmal auch eigene Bremswellen vor, die durch Getriebe mit den Achswellen verbunden sind. Bei älteren Wagen und vor allem bei Güterwagen findet man auch noch Klotzbremsen, die direkt auf den Radreifen wirken.) Die Bremszangen sind über Gestänge mit Druckluftzylindern verbunden, zu denen jeweils eigene Luftbehälter gehören. Die Verbindung zwischen Bremszylinder, Luftbehälter und der durchgehenden Bremsleitung stellt ein Bremsventil her, ein kompliziertes und in der Wartung anspruchsvolles Spezialbauteil, das meistens, aber nicht immer, von der Firma Knorr-Bremse kommt.

Bremsen funktioniert jetzt so: Vorne auf der Lokomotive wird ein Ventil (das Führerbremsventil) aufgemacht, der Druck in der Bremsleitung fällt um 40 bis 150 kPa ab, die Bremsventile öffnen proportional zu diesem Druckabfall die Verbindung vom Luftbehälter zum Bremszylinder, die Bremsbacken legen sich an die Bremsscheiben. Wird das Führerbremsventil wieder geschlossen, füllt sich die Bremsleitung wieder auf den normalen Druck von 500 kPa auf, wobei die einzelnen Luftbehälter jeweils ebenfalls wieder aufgefüllt werden. So ist es möglich, über die Regelung des Luftdrucks in der Bremsleitung einen mehrere hundert Meter langen Zug feinfühlig und ruckfrei abzubremsen.
Wenn dagegen schnellstes Abbremsen ohne große Finesse gefragt ist, wird die Druckluft einfach ganz abgelassen. Das kann zum Beispiel durch eine Notbremse passieren. Praktischerweise wird eine solche Schnellbremsung auch ausgelöst, wenn die Kupplung zwischen zwei Wagen zerreißt, und bringt dann beide Zugteile zum Stehen.

Es gibt natürlich noch weit mehr Feinheiten, und darum geht es nächste Woche mit diesem Thema weiter. Inspiriert wurde dieser Artikel übrigens von den derzeitigen Schwierigkeiten der S-Bahn Berlin mit ihren Bremszylindern - mögen sie schnell behoben sein.

Bild: Richard Masoner bei Flickr (Details und Lizenz)

Samstag, 5. September 2009

107: Alles elektrisch

Im Prellblog war schon öfters die Rede von Weichen und Signalen, von eingleisigen Strecken, Überholungen, Kreuzungen und Zugbeeinflussungssystemen; noch nicht war die Rede davon, was ein Stellwerk eigentlich ist und tut.

Wenn dies nicht das Prellblog wäre, würde ich an dieser Stelle ausholen und über Hebel, Drahtzüge, Seilrollen, Blockfelder und Verschlussregister reden, auch über Gleisbilder, Spurkabel und Türme, bis obenhin vollgestopft mit Relais. Mir geht es hier aber nicht um Vergangenheit, sondern um Gegenwart, und da sind Stellwerke durch die Bank elektronische Stellwerke (ESTW) und damit letztlich bloß besondere Formen von Computeranlagen.

In Deutschland operieren mittlerweile mindestens fünf Hersteller solcher Systeme (Siemens, Thales, Bombardier, Westinghouse, Scheidt & Bachmann). Ihre Produkte unterscheiden sich in Aufbau und Leistung stark voneinander, aber das Grundprinzip ist eigentlich immer dasselbe:
Irgendwo sitzt, typischerweise in einem Raum mit einer Kaffeemaschine und einem Gummibaum, gerne in einer Zentrale, wo für ein Fünftel des Landes der Bahnverkehr gelenkt wird, jemand vor einem mehr oder minder großen Übersichtsbildschirm mit dem Gleisplan des gesamten Bereichs, in dem das Stellwerk stellt. Vor sich hat er einen Arbeitsplatz, wo ein kleinerer Bildschirm einen Ausschnitt aus diesem Gleisplan darstellt. Grafisch verströmen diese Anzeigen den Charme der achtziger Jahre (Bild).
Hier können nun per Maus oder Tastatur Stellbefehle gegeben werden - typischerweise bestehen diese im Einstellen einer Fahrstraße (der gesicherte Korridor aus Prellblog 53) von einem Startsignal zu einem Zielsignal.
Die Bedieneinheit kommuniziert mit einem Zentralrechner, der heutzutage wohl meist aus einem Regal voller handelsüblicher Server besteht; dieser wiederum kommuniziert mit dezentral aufgestellten, weitgehend autarken Rechnern, die in kleinen, hässlichen Fertighäuschen aus Beton entlang der Gleise verteilt sind. Wenn der Ausführung des Befehls nichts im Wege steht, werden aus diesen Häuschen heraus Weichen umgestellt (in Deutschland geschieht dies grundsätzlich mit Elektromotoren) und Signallampen werden aus- und andere eingeschaltet.

Das alles wäre harmlos, wenn nicht die (gerade in Deutschland) extrem hohen Sicherheitsanforderungen für den signaltechnisch sicheren Betrieb wären. Das fängt dabei an, dass die Benutzeroberfläche in der gezeigten Pacman-Qualität gerne von zwei im Wechsel- oder im Vergleichsbetrieb arbeitenden Grafikkarten dargestellt wird, um zu vermeiden, dass ein Grafikfehler zu einer falschen Interpretation des Gleisbildes führt. Dann sind natürlich die beteiligten Rechnersysteme redundant ausgeführt, dergestalt, dass entweder zwei Einheiten im Gleichtakt arbeiten und eine Störung melden, wenn sie sich nicht einig sind, oder dass drei Einheiten parallel betrieben werden, bei denen gegebenenfalls eine gestörte Einheit von den anderen beiden überstimmt werden kann. Kommunikationswege sind schwer abgesichert. Die dezentralen Rechner sind häufig in der Lage, weiter Sicherheitsfunktionen zu übernehmen, wenn der Kontakt zur Zentrale abreißt.
Die Software, die sicherstellt, dass feindliche Fahrstraßen sich ausschließen (auf deutsch: dass keine Situation hergestellt wird, in der Züge zusammenstoßen könnten), muss sich an strengste Zertifizierungsprozesse halten und wird generell mathematisch verifiziert. Diese Beweisführung, das die Software wirklich in keinem Fall falsch agieren kann, wird sonst zum Beispiel für die Steueranlagen von Atomkraftwerken oder Flugzeugen verwendet. Anderswo ist das wegen der hohen Kosten selten.

Das erklärt dann zumindest teilweise die Apothekenpreise im, bei großen Knotenpunktbahnhöfen, durchaus dreistelligen Millionenbereich. Die aufwändige Zertifizierung der Software ist auch der Grund, warum Änderungen im Stellbereich (zum Beispiel durch Anschließen eines neuen Anschlussgleises mit Weiche) sehr teuer sind. Es hält sich hartnäckig das Vorurteil, früher sei so etwas quasi mit Blumendraht und Lötkolben gegangen, heute müsse man dafür so viel zahlen wie für eine komplette Neueinrichtung der gesamten Anlage. So krass ist es zwar nicht (mehr), aber elektronische Stellwerke haben durchaus ihre Kritikerinnen. Dass die DB zur Kostenminimierung die Einrichtung eines ESTW meistens zum Wegreißen so vieler »überflüssiger« Gleise und Weichen nutzt wie möglich, hilft da nicht besonders.

Bild: Daniel Rutenberg bei Wikipedia (Details und Lizenz)